Подвешенный на нити комочек ваты поднесли к одному из наэлектризованных шаров электрофорной машины. Объясните, почему комочек будет совершать колебательные движения (рис. 116).

рис. 116

Для объяснения колебательных движений подвешенного на нити комочка ваты, необходимо рассмотреть процесс взаимодействия зарядов, их перераспределения и возникающие силы. Это связано с основами электростатики и простыми механическими законами.

Электростатическое взаимодействие

1. Наэлектризованные тела: Электрофорная машина создает заряды на своих металлических шарах. Эти заряды могут быть либо положительными, либо отрицательными, в зависимости от работы машины.

2. Влияние на комочек ваты:

   • Комочек ваты, будучи нейтральным (не имеет начального заряда), подносится к наэлектризованному шару.
   • Под действием электрического поля наэлектризованного шара в комочке ваты происходит поляризация молекул. Это означает, что заряды внутри комочка перераспределяются: противоположный заряд притягивается к поверхности комочка, ближайшей к шару, а одноименный заряд отталкивается в противоположную сторону.

3. Притяжение комочка:

   • Поляризованный комочек ваты будет притягиваться к шару, так как противоположные заряды притягиваются. Это заставляет комочек двигаться в сторону шара, несмотря на то, что он изначально был нейтральным.

4. Передача заряда:

   • Когда комочек касается шара, часть заряда шара может перейти на комочек. Теперь комочек ваты становится наэлектризованным, обладая зарядом того же знака, что и шар.

Отталкивание и движение в противоположную сторону

1. После того как комочек получил заряд того же знака, что и шар, между ними возникает электростатическая сила отталкивания. Это заставляет комочек двигаться обратно от шара.

2. Когда комочек отклоняется и приближается к другому шару электрофорной машины (если он имеет противоположный заряд), происходит аналогичный процесс:

   • Шар противоположного заряда поляризует комочек, притягивает его, возможно передает заряд при контакте, и затем вновь отталкивает его.

Колебательное движение

1. В итоге комочек чередует движения между двумя шарами:

   • Он притягивается к одному из шаров, заряжается, отталкивается и начинает двигаться в сторону другого шара.
   • Этот процесс повторяется, создавая колебания.

2. Силы, действующие на комочек:

   • Электростатические силы (притяжение и отталкивание) являются основным фактором движения.
   • Сила тяжести и натяжение нити также играют роль, ограничивая движение комочка и задавая характер траектории.

3. Энергетический аспект:

   • Когда комочек движется, его кинетическая энергия увеличивается, а потенциальная энергия уменьшается, и наоборот — при остановке у шара. Таким образом, энергия колебаний непрерывно преобразуется из одной формы в другую.

Зависимость от параметров

1. Заряд шаров: Чем больше заряд на шарах, тем сильнее электростатические силы, а значит, амплитуда колебаний комочка может быть больше.
2. Длина нити: Длина нити определяет расстояние, на которое комочек может отклоняться, влияя на траекторию движения.
3. Масса комочка: Чем меньше масса, тем легче его ускорить под действием электростатических сил.

Итак, колебательные движения подвешенного комочка объясняются перераспределением зарядов, притяжением и отталкиванием между наэлектризованными телами и комочком, а также взаимодействием электростатических и механических сил.